中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏特征及勘探前景展望

康玉柱

中國石化石油勘探開發(fā)研究院

中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏特征及勘探前景展望

康玉柱

中國石化石油勘探開發(fā)研究院

非常規(guī)油氣資源正在成為中國油氣勘探的重要對(duì)象之一，其中泥頁巖油氣藏是目前具現(xiàn)實(shí)意義的選擇。為此，歸納了中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏的特征：①暗色泥頁巖主要包括海相、海陸交互相、陸相泥巖和頁巖；②常見的類型包括泥質(zhì)泥頁巖、碳質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖；③主要形成于缺氧的閉塞海灣、澙湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中；④暗色泥頁巖有效性指標(biāo)主要概括為：總有機(jī)碳含量超過0.5%、脆性礦物含量超過40%、埋藏深度淺于4 000 m、有效厚度大于30 m、有效面積大于50 km2?；诎瞪囗搸r廣泛分布和對(duì)其油氣勘探已取得的突破，認(rèn)為中國泥頁巖氣的資源量介于60×1012～80×1012m3，勘探開發(fā)潛力大，是今后油氣勘探的重要領(lǐng)域之一。最后建議：中國泥頁巖油氣勘探開發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存、環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。

中國 非常規(guī)油氣藏 暗色泥頁巖 油氣藏 油氣資源量 資源潛力 特殊地質(zhì)條件

暗色泥頁巖油氣是非常規(guī)油氣中的一種，指暗色泥頁巖層系中滯留的油氣。所謂泥頁巖層系就是指“泥頁巖及其所夾的薄層其他巖石的組合”，如大套暗色泥頁巖中夾的薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖及泥灰?guī)r或石灰?guī)r等。

1 暗色泥頁巖的有關(guān)討論

1.1 暗色泥頁巖的類型

常見的泥頁巖類型有泥質(zhì)泥頁巖、碳質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖等。當(dāng)泥頁巖中混入一定的砂質(zhì)成分時(shí)，便會(huì)形成砂質(zhì)泥頁巖。根據(jù)含砂顆粒的大小，可細(xì)分為粉砂質(zhì)頁巖和砂質(zhì)頁巖兩類。富有機(jī)質(zhì)泥頁巖是形成泥頁巖油氣的主要巖石類型，暗色泥頁巖中含有大量的有機(jī)質(zhì)與細(xì)粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦等，有機(jī)質(zhì)含量通常介于3%～15%或更高，常具極薄層理。碳質(zhì)頁巖中含有大量細(xì)粒、分散狀的碳化有機(jī)質(zhì)，有機(jī)碳含量一般介于10%～20%，該頁巖的特征為黑色、染手、含植物化石。

中國的暗色泥頁巖主要包括海相、海陸交互相以及陸（湖）相泥頁巖和泥巖，重點(diǎn)指含油氣盆地中的優(yōu)質(zhì)泥質(zhì)烴源巖。圖1和表1顯示了中國富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的類型、層系和分布特點(diǎn)。中國南方揚(yáng)子地塊海相泥頁巖分布廣泛并夾硅質(zhì)頁巖（如揚(yáng)子地區(qū)牛蹄塘組底部頁巖）、暗色泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖和砂質(zhì)泥頁巖；海陸交互相泥頁巖多為砂質(zhì)泥頁巖和碳質(zhì)泥頁巖；陸（湖）相泥頁巖頁理發(fā)育，其中渤海灣盆地、柴達(dá)木盆地新生界湖相泥頁巖鈣質(zhì)含量較高，鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁巖石英含量較高［1－2］。

1.2 暗色泥頁巖的沉積環(huán)境

泥頁巖可形成于陸相、海相及海陸交互相沉積環(huán)境中，暗色泥頁巖主要形成于缺氧的閉塞海灣、潟湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中（姜在興，2003；張愛云等，1987）。碳質(zhì)頁巖常與煤系伴生，一般出現(xiàn)在煤層的頂、底板或夾層中，以湖泊、沼澤環(huán)境沉積為主。石炭紀(jì)—二疊紀(jì)、三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)和古近紀(jì)—新近紀(jì)為中國3次主要的成煤期，發(fā)育多套與煤層相伴生的碳質(zhì)頁巖。如中國南方地區(qū)的二疊系龍?zhí)督M（P2l）碳質(zhì)頁巖分布面積較廣，厚度介于200～300 m；中國南方揚(yáng)子地塊、華北地塊及塔里木地塊古生界海相泥頁巖以深水陸棚相沉積為主，如四川盆地古生界發(fā)育多套黑色泥頁巖（圖2），寒武系筇竹寺組、志留系龍馬溪組泥頁巖為大陸邊緣坳陷的深水陸棚相沉積，厚度介于200～400 m，含豐富的有機(jī)質(zhì)、筆石等海洋浮游生物化石及自生黃鐵礦等；中國陸相沉積盆地中，松遼盆地白堊系、渤海灣盆地古近系、四川盆地三疊系、鄂爾多斯盆地三疊系等發(fā)育多套湖相、湖沼相黑色泥頁巖，含豐富的介形蟲、孢粉、細(xì)菌、高等植物等化石及有機(jī)質(zhì)，厚度介于200～1 500 m。

1.3 暗色泥頁巖有效性基本指標(biāo)

在沉積盆地中只要發(fā)育有暗色泥頁巖，就有可能形成泥頁巖油氣藏。目前據(jù)國外資料和國內(nèi)初步勘探實(shí)踐成果，具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)效益的暗色泥頁巖基本參數(shù)和特征包括：TOC＞0.5%，Ro介于0.5%～4.0%，干酪根類型為腐泥—腐殖型均可，泥頁巖孔隙度一般小于10%，滲透率小于0.01 mD；泥頁巖中脆性礦物含量超過40%，有效厚度大于30 m，有效面積大于50 km2，埋藏深度淺于4 000 m（表2）；泥頁巖內(nèi)各類裂縫發(fā)育。

1.4 泥頁巖礦物特征

泥頁巖中主要含有黏土礦物（高嶺石、蒙脫石、伊利石等），此外還含有碎屑礦物（石英、長(zhǎng)石、方解石等）。其中脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，形成樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，有利于泥頁巖氣開采。而高黏土礦物含量的泥頁巖塑性強(qiáng)，吸收能量強(qiáng)，以形成平面裂縫為主，不利于泥頁巖體積改造［3－6］。

表2 中國暗色泥頁巖有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)表

美國產(chǎn)氣頁巖中石英含量為28%～52%，碳酸鹽巖含量為4%～16%，總脆性礦物含量為46%～50%。

中國海相頁巖、海陸交互相碳質(zhì)泥頁巖、陸相泥頁巖3種泥頁巖類型，脆性礦物含量總體比較高，均超過40%，如上揚(yáng)子區(qū)古生界海相泥頁巖石英含量介于24.3%～52.0%，長(zhǎng)石含量介于4.3%～32.3%，方解石含量介于8.5%～16.9%，總脆性礦物含量介于40%～80%（表3）；四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組黏土礦物含量一般介于15%～78%，平均在50%左右；石英、長(zhǎng)石等脆性礦物含量一般介于22%～86%，平均在50%左右。鄂爾多斯盆地上古生界含煤層系碳質(zhì)泥頁巖石英含量介于32%～54%，平均為48%，總脆性礦物含量介于40%～58%；鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁巖石英含量介于27%～47%，平均為40%，總脆性礦物含量介于58%～70%。巖石礦物組成對(duì)泥頁巖氣后期開發(fā)至關(guān)重要，具備商業(yè)開發(fā)價(jià)值的泥頁巖，一般其脆性礦物含量要高于40%，黏土礦物含量小于30%［4］。

表3 四川盆地海相頁巖與北美頁巖地質(zhì)條件對(duì)比表

2 暗色泥頁巖含油氣特征

暗色泥頁巖具有極低的基質(zhì)孔隙度和滲透率，油氣產(chǎn)自于自身并以吸附、游離及水溶解等形式原地富集在泥頁巖層系中，可稱為原地滯留的油氣。這類油氣藏，無明顯的圈閉界限，生、儲(chǔ)、蓋一體化，即：生油氣層也是儲(chǔ)集層和蓋層，當(dāng)然要成藏還離不開保存條件。

泥頁巖油氣主要以游離態(tài)、吸附態(tài)及溶解態(tài)等形式存在，其中以游離態(tài)和吸附態(tài)為主。吸附態(tài)與煤層氣相似，游離態(tài)與常規(guī)油氣相似，據(jù)北美開發(fā)實(shí)踐成果：吸附態(tài)含量一般為20%～85%，游離態(tài)含量一般為15%～80%［1］；但游離與吸附油氣當(dāng)量因地質(zhì)條件而異。泥頁巖油氣呈大面積連續(xù)分布，資源規(guī)模大。

北美地區(qū)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)頁巖氣，含氣量最低為1.1 m3／t，最高達(dá)9.9 m3／t。吸附量主要與有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物含量有關(guān)；游離氣含量主要與基質(zhì)孔隙度大小、裂隙縫發(fā)育程度及砂質(zhì)巖含量有關(guān)。

四川盆地寒武系筇竹寺組黑色泥頁巖含氣量為1.17～6.02 m3／t，平均為1.90 m3／t；下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色泥頁巖含氣量為1.73～5.10 m3／t，平均為2.80 m3／t（渝東地區(qū)渝頁1井實(shí)測(cè)含量為1～3 m3／t［7］），具有開發(fā)價(jià)值。

據(jù)美國目前開采頁巖氣資料，頁巖氣（Barnett頁巖）采收率早期為7%～8%，目前為13.5%，預(yù)計(jì)最高可達(dá)25%左右。

但是必須看到，中國泥頁巖油氣與北美頁巖氣相比有自己的特點(diǎn)：①海相古生界頁巖熱演化程度較高（Ro介于2.5%～5.0%），陸相中新生界泥頁巖熱演化程度較低，Ro介于0.5%～2.0%，既有油又有氣；②構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，保存條件復(fù)雜；③地面多山地、丘陵等復(fù)雜地表，埋藏較深（1 000～6 000 m）；④構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)、泥頁巖裂縫發(fā)育，有利于泥頁巖油氣開采。因此，中國泥頁巖油氣勘探開發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存及環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。

3 中國暗色泥頁巖油氣資源潛力大

3.1 暗色泥頁巖分布廣泛

中國暗色泥頁巖分布時(shí)代多、面積較廣，就全國而言從震旦系—新近系均有分布，區(qū)域上遍及全國。從沉積環(huán)境上講，由海相—海、陸交互相—陸相均發(fā)育較厚的暗色泥頁巖。暗色泥頁巖有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度等指標(biāo)與美國主要暗色泥頁巖有不少相似之處（表4～6）。

表4 中國海相泥頁巖分布情況表

表5 中國海、陸交互相泥頁巖分布情況表

表6 中國湖相泥頁巖分布情況表

3.2 暗色泥頁巖油氣資源前景廣闊

近幾年來，在四川盆地及鄂西地區(qū)古生界海相泥頁巖層系——下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下志留統(tǒng)龍馬溪組等地層鉆獲天然氣流，在陸相湖盆泥頁巖層系——南華北安深1井（T）、泌陽坳陷泌頁1井（E）、濟(jì)陽坳陷古近系及下遼河盆地的暗色泥頁巖中鉆獲工業(yè)油流，顯示出中國泥頁巖油氣勘探的現(xiàn)實(shí)性，證明其油氣資源前景廣闊。

4 結(jié)束語

中國暗色泥頁巖油氣勘探才剛剛起步［8－10］，對(duì)這類非常規(guī)油氣成藏，尚有不少問題有待探索，需要一段時(shí)間去實(shí)踐和認(rèn)識(shí)。現(xiàn)就中國暗色泥頁巖縱橫向分布的有效指標(biāo)和所鉆的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)井含油氣量等現(xiàn)狀分析，認(rèn)為中國泥頁巖油與泥頁巖氣資源量大體各半。筆者初步估算泥頁巖氣資源量介于60×1012～80× 1012m3。總之，中國泥頁巖油氣資源潛力大，是今后油氣勘探的重要接替領(lǐng)域之一。

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Characteristics and exploration prospect of unconventional shale gas reservoirs in China

Kang Yuzhu
（Sinopec Exploration ＆Development Research Institute，Beijing 100083，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 4，pp.1－5，4／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Unconventional hydrocarbon resources have become one of the major targets for oil and gas exploration in present China，among which shale gas reservoirs are the best and the most practical choice.In view of this，this paper summarizes the characteristics of unconventional shale gas reservoirs in China.（1）Dark shales mainly include marine，interactive marine ＆terrestrial deposit，and lacustrine mudstones and shales.（2）The common types are agrillaceous shale，carbonaceous shale，siliceous shale，and calcareous shale.（3）Shale gas pooling are usually found in such hypoxia environments as closed bay，lagoon，deep lake，undercompensated basin，deep shelf，etc.（4）The effective indexes for dark shales are generalized as follows：more than 0.5%in the TOC value，over 40%in the content of brittle minerals，less than 4000 m in the burial depth，more than 30 m in effective thickness，and over 50 km2in the effective area.Therefore，based on the fact of widely distributed dark shales all over China and the breakthrough made in shale gas exploration，it is predicted that shale gas resource reserves will be at least 60×1012－80×1012m3in China.With this great potential，shale gas resources will be the next important field of oil and gas exploration and development.In the end，this paper also suggests that other peculiar geological conditions like complex surface，burial depth，post－stage preservation，environmental protection，etc.should be highly focused on in the further shale gas exploration and development.

China，unconventional hydrocarbon reservoir，dark shales，hydrocarbon resource potential，geological condition

康玉柱.中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏特征及勘探前景展望.天然氣工業(yè)，2012，32（4）：1－5.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.001

康玉柱，1936年生，中國工程院院士，本刊第七屆編委會(huì)顧問；1960年畢業(yè)于原長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院普查系；長(zhǎng)期從事油氣勘探理論研究工作，建立了我國古生代海相成油氣理論并豐富了地質(zhì)力學(xué)找油氣等理論，1993年獲“李四光地質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)”。地址：（100083）北京市學(xué)院路31號(hào)中國石化石油勘探開發(fā)研究院。電話：（010）82312108。E－mail：kangyz＠pepris.com

2012－03－08 編輯 居維清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.04.001

Kang Yuzhu，Academician of Chinese Academy of Engineering，born in 1936，is one of consultants of the 7thNGI Editorial Board.

Add：No.31，Xueyuan Rd.，Haidian District，Beijing 100083，P.R.China

Tel：＋86－10－8231 2108 E－mail：kangyz＠pepris.com